ugfs_08 (Лекции (2 семестра) в формате PDF)

и= — = — ~иг+Лр в!ойг)=и +АУ йсовйВ Ыд(~) И / — ~~о я о а (3) Из выражений (2),(3) следует, что при постоянной амплитуде модулирующего сигнала максимальное изменение частоты для сигналов с ЧМ постоянны /девиация частоты постоянна/, а при ФМ - частота зависит от частоты модулирующего сигнала, Выражения (1) — (3) указывают на связь сигналов с ЧМ и ФМ и возможность преобразования в передатчиках одного вида модуляции в другой. К основным характеристикам передатчиков с ЧМ и ФМ, так же как и с АМ, относятся: 1.

Статическая модуляционная характеристика /СМХ/, представляющая линейную зависимость девиации частоты /фазы/ от величины постоянного напряжения на входе модулятора Есм. 2. Динамические характеристики: амплитудная, /описывающая зависимость девиации или индекса модуляции от амплитуды модулирующего сигнала; и частотная (ДЧМХ) описывающая зависимость девиации или индекса модуляции от частоты модулирующего сигнала. 3. Полоса частот, занимаемая сигналами с ЧМ и ФМ: ~(Г) = Хоа$(иф + т вш й~) ~, ~т) сов иог+ + ~~~ ~,(т)[сов(и, + рй)В+(-1)" сов( и, — рй )г] Р='в (4) гдеУ,< ) - функция Бесселя р-порядка.

Из выражения (4) видно, что сигналы с ЧМ и ФМ имеют бесконечный линейчатый спектр, расстояние между составляющими которого равно Й. Существуют узкополосная и широкополосная ЧМ и ФМ. При узкополосной модуляции / "' ~1 / основной вклад вносит первая гармоника сигнала и две боковые, амплитуды остальных составляющих спектра малы, рис. 1 а,б. Полоса частот, занимаемая выходным сигналом, в этом случае, равна: 2~о' = 2~2. Полоса частот широкополосного сигнала /савв > 1/ рис 1 в, г равна: 2Лэ и 2тй Для ЧМ при Л© / индексе модуляции ~~ = Ъ полоса частот равна 2Ло ь 2Лв,, при ФМ ввв = ф~ . 2ЛОБ2щ й индекс модуляции равен рв и полоса частот " ~'в, отсюда следует, что при ЧМ полоса частот определена девиацией частоты и не зависит от частоты модулирующего сигнала, а при ФМ полоса частот пропорциональна частоте модулирующего сигнала.

Методы осуществления ЧМ и ФМ Сигнал с частотной модуляцией можно получить: - путем изменения частоты параметрического автогенератора, - за счет управления частотой кварцевого автогенератора, - косвенным путем при помощи преобразования ФМ в ЧМ При двух первых методах к резонансному контуру АГ подключается частотный модулятор - управляемый реактивный элемент. При третьем методе фазовый модулятор, так же представляющий собой управляемый реактивный элемент, подсоединяется к резонансному контуру промежуточного каскада передатчика- усилителю мощности или умножителю частоты. В качестве частотных и фазовых модуляторов чаще всего используют варикапы.

Варикап - это диод с р-и переходом и ярко выраженной зависимостью емкости перехода от величины обратного напряжения е=Есм+Щ1) рис.4,' е +— Уо Есм+У(~) Ро где Есм - напряжение смещения, Б(1) - модулирующий сцгнала, Со -начальная емкость при е=0, "' -контактная разность потенциалов, ~ - коэффициент, зависящий от примесей в р-и переходе. Обычно применяют варикапы с резким переходом, у которых г = О ~ /ЕН740, ЕН742, ЕН790/.

Чтобы обеспечить большую линейность СМХ были разработанные варикапы с сверхрезким переходом, г =1-.2 / ЕН733, ЕН735/, участок у них лежит в узком диапазоне (Есм=-б...-ЗВ) в отличие от варикапов с резким переходом. Основными недостатками модуляторов на варикапах является невысокая стабильность частоты из-за большого температурного коэффициента емкости варикапа. При широкополосной ЧМ сигналы являются более помехоустойчивыми при одинаковых условиях работы, по сравнению с другими видами модуляции и энергетических затратах, но широкополосная модуляция приводит к расширению спектра сигнала, поэтому ЧМ и ФМ применяется в передатчиках с частотой более 30 МГц, 1 с метрового диапазона волн/ Частотная модуляция в параметрическом автогенераторе Упрощенная схема АГ с варикапом дана на рис. 5.

Элементы С, С2, СЗ, 1.3 образуют колебательный контур трехточечного АГ. Конденсатор С4 позволяет установить напряжение Ев на варикапе, отличное от напряжения на коллекторе транзистора Зависимость емкости колебательного контура схемы от емкости варикапа описывается выражением: С(С) = ((С, +С4)~[С(С, ~С)+СС]+1/С, +1~С2)-' „, где С„" =С~ Рз Где ~определена выражением (5) .

Значение частоты автоколебаний можно получить, если выражение С(Св) подставить в уравнение: Выражения(5)-~7)позволяют построить СМХ и ДАМХ. Для этих целей задаемся значениями Есм при построении СМХ или ~а для ДАМХ в выражении (5) и вычисляем соответствующие значения частоты. При этом максимальная величина напряжения на варикапе должна удовлетворять условию 4н ~ чтобы варикап оставался в запертом состоянии и сохранялась зависимость (5). При данном методе ЧМ можно получить большую девиацию частоты, но стабильность средней частоты будет низкой, из-за низкой стабильности частоты параметрического АГ. Чтобы повысить стабильность средней частоты в схемах АГ используют системы ЧАП и ФАП, при этом полоса пропускания фильтра системы ЧАП и ФАП ограничивается сверху нижней частотой модулирующего сигнала.

Частотная модуляция в кварцевом АГ Схема кварцевого АГ с частотным модулятором приведена на рис.б Элементы схемы Сь С2, 1.з, кварцевый резонатор и варикап образуют колебательный контур АГ. Смещение на варикап подается от делителя напряжения К», К5. Величина индуктивности 1.з обеспечивает частоту автоколебаний близкую к частоте последовательного резонанса кварца, Естественно, что при данном методе ЧМ наличие кварцевого резонатора в контуре АГ позволяет получить высокую стабильность средней частоты /несущей/, но не обеспечивает большой девиации частоты; для устранения этого недостатка в передатчике АГ обычно рассчитывают на пониженную частоту и ставят умножители частоты.

Фазовая модуляция На рис. 7 дана схема усилителя мощности с фазовым модулятором. Фазовый модулятор аналогичен частотному, только подключается не к резонансному контуру АГ, а к усилителю. При преобразовании ФМ в ЧМ к входу модулятора подключается интегратор. Данный метод, как и предыдущий, не обеспечивает большой девиации частоты, для ее увеличения в усилителе используют систему колебательных контуров, рис. 7 или в передатчиках за усилителем с ФМ ставят умножители частоты. Структурные схемы передатчиков с ЧМ и ФМ Структурная схема передатчика звукового сопровождения дана на рис.9.

Для стабилизации средней частоты автогенератора с частотным модулятором используется система ФАПЧ. В фазовом детекторе происходит сравнение средней частоты /несущей/ со стабильной частотой кварцевого АГ, причем частоты кварцевого АГ и параметрического АГ соответственно уменьшены в 8 и 1024 раза. Возбудитель выполнен на полупроводниковых приборах, а выходные каскады передатчика являются ламповыми усилителями мощности и умножителями частоты.

На рис. 8 приведена схема СВЧ передатчика радиорелейной связи, выходной усилитель такого передатчика выполняется на лампе бегущей волны или на клистроне. Возбудитель передатчика выполнен на полупроводниковых приборах, он включает кварцевый АГ с умножением частоты и параметрический АГ с частотным модулятором. ЧМ осуществляется в параметрическом АГ на низкой частоте, это позволяет получить в схеме высокую стабильность средней частоты.

К основным достоинствам ЧМ и ФМ относятся: 1) постоянство мощности излучения передатчика в процессе модуляции в режиме молчания вся мощность затрачивается на излучение несущей, при модуляции происходит перераспределение мощности между несущей и боковыми составляющими спектра; 2) высокая помехоустойчивость сигналов с ЧМ и ФМ, для этого необходимо, чтобы девиация полезного сигнала была больше девиации паразитной модуляции.

Увеличить девиацию, как следует из анализа методов получения ЧМ и ФМ, можно без повышения мощности передатчика. Рис,5. Схема атогенерзтора с вариипом Рис.1 Статическая модуляционная характеристика Рис.З. Динамическая модуляционная частотная характеристика Рис.2 Динамическая модуляционная амплитудная характеристика Е С Рис.4.Зависимость емкости варикапа от обратного напряжения Рис.б.б Схема кварцевого автогенератора с частотным модулятором Рис.7. Схема усилителя мощности с фазовым модулятором .